바운스볼: 과학

요즘에는 과학자, 엔지니어, 만화영화제작자, 그리고 많은 사람들이 예상하거나 현실세계를 모방하기 위해 모델과 시뮬레이션을 개발합니다. 이 때 종종 물리학이 사용됩니다.

이 활동에서 공이 바닥에 튀기는 모습을 연출하기 위해 거북명령 프로그램을 사용할 것입니다. 거북이에게 움직이는 법과 심지어 공처럼 튀기게 하는 명령을 내려봅시다. 이 활동 역시 알고리즘으로 알려져 있습니다.

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오른쪽(역자: 위)에 있는 거북명령 코드는 마우스의 위치를 초당 100 번 확인하고,

마우스 방향으로 거북이를 돌립니다.

[재생]버튼을 클릭한 후 마우스를 거북이 주위에 이동해 보세요.

거북이가 커서 방향으로 돌죠?

확인되면, [다음] 버튼을 누르세요.

이제 거북이를 커서 위치로 이동하게 하려면, 이 거북 명령 프로그램에 어떤 정보를 추가해야 할까요?

( )

(역자 주: distance 를 넣으세요)

거북이는 이미 특정 방향으로 움직이게 코딩되어 있습니다.

따라서 속도는 시간에 따라 거리가 달라지기 때문에 거북에게 일정 속도를 알려줘야 합니다.

오른쪽 수정된 거북명령 코드를 실행해 보세요.

3번째 줄을 보면 거북의 거리가 1로 맞춰졌습니다.

그리고 100초 동안 앞으로(6번째 줄에서 fd) 가도록 정해졌습니다.
그래서 시간이 흐르면서 거북이는 특정한 각도로 특정한 거리를 이동합니다(즉, 속도).

물리학에서는 이것을 '속도= 거리/시간'로 표시합니다.
[실행] 버튼을 누르고, 마우스를 움직이세요.

이번에는 거북이가 어떻게 움직이는지 지켜보세요.

거북이 배에 펜을 붙여서 지나간 거리를 알 수 있도록 했습니다.

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이제 거북이에게 바닥에서 튕기는 방법을 가르쳐 봅시다. 다치지 않으니 걱정 마시라!

공이 떨어질 때 어떤 일이 일어나는 가를 어린 아이에게 설명해준다고 생각하고, 사용할 명령들을 적어보라. 수식을 꼭 적어야 할 필요는 없다. 원한다면 그림을 그려가며 공이 떨아질 때 매 초 어떤 일이 벌어지는지 살펴보라. 나만의 설명 방식으로 표현하되 가능한 단계를 쪼개서 구체적으로 만들어보라.

명령들을 완성하면 [다음]을 클릭하라.

자신이 만든 명령이 이상하게 보일 수 있지만 거북이가 바로 바닥에 튀길 수 있게 할 수 있을 것이다!

위 그림을 참고하라.

떨어지기 전에 얼마나 빨리 거북이가 아래로 이동하고 있었는가(처음 수직 속도)?

( 0 )
그렇다. 맞았다. 거북이 처음 속도는 0이다.

다음 코드를 살펴보자.

3행: 거북이 X 방향 속도

4행: 거북이 Y 방향 속도는 0으로 정해져 있다.

6행: 중력가속도

7행: 초당 t 번째 무한 반복

일단 시뮬레이션이 실행되면, 거북이는 실행 창(바닥)에 닿을 때까지 아래로 이동한다. 그리고 나서 안전하게 시작했던 위로 돌아간다.

질문: 거북이가 바닥에 닿을 때 방향을 바뀌는 것은 어느 행때문이라고 생각하십니까?

( 12 )

그렇습니다. 거북이가 바닥에 닿을 때 방향을 바꿔주려면 속도값을 -1로 곱해서 반대 방향으로 가게 해야 합니다.

만일 낙하 관련 물리 방정식에 익숙하다면 10행과 12행을 보고 놀랐을 수 있습니다. 이 시뮬레이션은 현실을 모방하기 위해 고안되었습니다. 따라서 방정식을 수정해서 실험을 할 수 있습니다. 만일 현실에서 중력을 수정하려면 이 시뮬레이션이 얼마나 유용한지 고마울 것입니다)

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우리의 거북이는 멋진 시간을 보내고 문자 그대로 기쁨의 점프를 하고 있다.

와! 코드를 얼마든지 수정해 보세요.

거북이 에너지를 조금씩 줄이면 보다 현실적으로 바운스를 하게될 것이다.

이렇게 할 수 있으려면 많은 방법이 있다. 먼저 반발계수라는 용어를 찾는 것부터 시작할 수 있다. 이런 유형의 시뮬레이션의 예는 PhET에서 확인할 수 있다.

학생과 함께 활동할 교육 기준도 참고하라.

잘했습니다! 아래 버튼 중 하나를 클릭해서 코스를 계속 진행하세요.